Юный техник, 2008 № 09

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Получи звучание Hi-End!

Конечная цель создания любого радиоприемника, проигрывателя — получение хорошего и приятного, качественного звука. Достижение ее зависит, главным образом, от трех параметров электроакустической системы: диапазона воспроизводимых частот, уровня нелинейных искажений и отдачи — громкости звука при заданной подводимой мощности.

Первые два параметра общеизвестны, и именно на них в первую очередь обращают внимание и разработчики аппаратуры, и потребители. Третий параметр — отдача — остался в забвении. Более того, им часто пренебрегают и даже жертвуют, улучшая первые два параметра. Рассмотрим эти вопросы подробнее.

Громкость звука измеряется в децибелах. Вообще говоря, децибел — это 1/10 Бел, логарифмической единицы, предложенной для измерения усиления, ослабления, затухания, и тому подобных относительных величин. Названа единица в честь изобретателя телефона А. Г. Белла, вероятно, в связи с тем, что затухания и уровни сигналов в телефонных линиях очень удобно измерять именно в децибелах. В них же можно выразить отношение двух однородных величин, например, напряжений или мощностей: L, дБ = 20lg(U₁/U₂) = 10lg(P₁/P₂).

Например, если отношение напряжений равно 2, т. е. U₁ = 2U₂, то отношение мощностей составит 4 (мощность пропорциональна квадрату напряжения), и в этом случае L = 6 дБ. Если же отношение напряжений равно 1/2 и мощностей 1/4, то L = –6 дБ. Ослабления и усиления в децибелах просто складываются, тогда как при обычных расчетах пришлось бы умножать и делить. В этом и состоит удобство.

При звуковых измерениях децибелы удобны еще в одном отношении. Субъективное восприятие громкости подчиняется логарифмическому закону, то есть громкость пропорциональна не звуковому давлению и не мощности звуковой волны, а логарифму этих величин — уровню звука, выраженному в децибелах.

Кстати, такому же закону подчиняются и многие другие субъективные ощущения. За нулевой уровень громкости принят порог слышимости звука неким «усредненным» человеком. Звук представляет собой волны, распространяющиеся в воздушной среде — колебания давления воздуха. Как известно, единица измерения давления — Паскаль, в этих единицах и измеряется звуковое давление, соответствующее амплитуде звуковой волны. Звуковые волны переносят энергию и могут характеризоваться потоком мощности — энергией, переносимой звуковой волной через единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения, в единицу времени.

Как же связать все эти величины?

Ответ можно найти в старинной литературе. Результаты сведены в таблицу 1. Таблица составлена по данным «Справочника по радиотехнике» 1947 г.

Таблица 1. Громкость, звуковое давление и поток акустической мощности

Заметим, что увеличение громкости на каждые 10 дБ (одинаковое субъективное увеличение) вызывается увеличением потока мощности в 10 раз, поэтому при больших громкостях требуемая мощность растет очень быстро.

Если принять расстояние до громкоговорителя, равным 1 м, как обычно делается при акустических измерениях, и предположить, что излучение ненаправленное, можно вычислить и акустическую мощность, излучаемую громкоговорителем, умножив поток мощности на площадь сферы радиусом 1 м (вспомните, что точно так же рассчитывается поток мощности для радиоволн).

Необходимую электрическую мощность можно найти, разделив акустическую мощность на КПД громкоговорителя.

Здесь начинаются слезы! Для обычных бытовых динамиков малой мощности он составляет около 1 %. Тогда получаем электрическую мощность порядка единиц милливатт. Электромагнитные громкоговорители, конструкция которых напоминает устройство телефона, широко распространенные в ранние годы, теперь вышли из употребления из-за плохих характеристик и заменены головками электродинамической системы с постоянными магнитами. Их отдача прямо зависит от магнитной индукции в зазоре, где размещена звуковая катушка.

Большую отдачу имеют головки с малым зазором и сильным магнитом.

В справочных данных на динамические головки часто указывается среднее стандартное звуковое давление (отдача). Оно измеряется на расстоянии 1 м при подведении электрической мощности 100 мВт и колеблется для большинства типов громкоговорителей в пределах от 0,1 до 0,4 Па. Имеются сообщения о головках, отдающих до 0,6 Па. Любопытно сосчитать, какая электрическая мощность нужна при этом для получения комфортной громкости 60 дБ. Результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2. Отдача широко распространенных громкоговорителей

Наглядно видно даже по этой небольшой подборке, что для наших целей нужны громкоговорители с большой отдачей, что у мощных динамиков отдача больше, а менее всего подходят малогабаритные динамики от карманных и портативных приемников.

Огромное влияние на отдачу имеет акустическое оформление динамика. Высококачественные АС с обилием поглощающего материала имеют отдачу от 0,08 Па (25АС16, 25АС416) до 0,11 Па (35АС2), следовательно, малопригодны.

Для импортных акустических систем часто указывают чувствительность — уровень громкости на расстоянии 1 м при подведении электрической мощности в 1 Вт. Она обычно колеблется от 84 до 100 дБ, чаще же от 87 до 92 дБ.

Если мы на сколько-то децибел уменьшим громкость, то на столько же децибел уменьшится и требуемая электрическая мощность. Очень легко сосчитать, что для получения громкости 60 дБ требуемая мощность сигнала ЗЧ должна составить на 27…32 дБ меньше, то есть от 2 мВт до 0,63 мВт.

Больший КПД и соответственно отдачу имеют рупорные громкоговорители, во-первых, за счет лучшего согласования электромеханической системы со средой и, во-вторых, за счет некоторой направленности излучения. Это подтверждает и радиолюбительский опыт, начиная с 20-х годов, когда в журналах было немало сообщений о том, что наушник, помещенный в стакан или на дно кастрюльки, звучит громче, и описаний всевозможных рупоров из бумаги, картона и фанеры.

В. ПОЛЯКОВ, профессор

(Окончание следует)